Criação infinita do nada
Os astronautas descrevem o vazio e a escuridão do espaço longe da Terra como uma experiência surpreendente. A realidade é que o espaço não está vazio nem escuro.
Mesmo fora das galáxias, um astronauta poderia encontrar pelo menos um próton, em média, a cada metro cúbico. Além disso, um elétron e meio bilhão de fótons e neutrinos, tudo que sobrou do big bang.
Ainda assim, podemos imaginar que o espaço entre essas partículas está vazio. Na verdade, os primeiros atomistas da Grécia antiga pensavam que o vácuo era literalmente nada.
Uma fração dominante de massa cósmica – cerca de dois terços – está atualmente associada à “ energia escura ” que permeia o vácuo, exercendo um impulso gravitacional repulsivo sobre a matéria e acelera a expansão do universo.
As últimas medições indicam que o vácuo se comporta como a constante cosmológica que Albert Einstein acrescentou às suas equações um século atrás, quando considerou a possibilidade hipotética de um universo estático, no qual a gravidade atrativa da matéria é equilibrada pela repulsão do vácuo.
Nosso universo real não está apenas se expandindo, mas fazendo isso uniformemente em uma parte em 100 mil, até mesmo para regiões em lados opostos de nosso horizonte cósmico que não tiveram tempo para se comunicar.
A explicação popular para esse aparente quebra-cabeça é a inflação cósmica , um período inicial durante o qual o vácuo desencadeou uma expansão acelerada por um tempo limitado, de modo que regiões que estavam inicialmente próximas e em contato causal foram separadas por tanto que agora estão em lados opostos do nosso céu.
Nesse caso, o vácuo dominou a expansão tanto no início quanto no final de nossa história cósmica.
Se sentirmos a necessidade de encontrar o vazio, podemos imaginar uma região hipotética fora do volume observado de nosso universo onde a constante cosmológica desaparece e não há matéria.
Esta região estaria vazia?
A resposta é, novamente, não. De acordo com a mecânica quântica , ele ainda experimentará flutuações de vácuo , com partículas virtuais entrando e saindo da existência brevemente.
A realidade dessas flutuações transitórias foi indicada experimentalmente por meio de uma série de efeitos.
Por exemplo, quando duas placas de metal são colocadas paralelas uma à outra, elas limitam o comprimento de onda das flutuações eletromagnéticas virtuais no espaço entre elas, resultando em uma força entre elas, o chamado efeito Casimir .
Da mesma forma, a interação entre as flutuações do vácuo e o elétron em um átomo de hidrogênio, produz uma diferença de energia entre os estados do elétron, e produzindo o deslocamento de Lamb entre seus níveis de energia.
Além disso, um campo elétrico forte o suficiente pode acelerar elétrons e pósitrons virtuais do vácuo, de modo que eles se materializem em partículas reais e deem origem ao efeito Schwinger de criação de par.
O vácuo semeou vida
Em analogia, a forte gravidade do horizonte de eventos de um buraco negro gera radiação térmica do vácuo e causa a evaporação de Hawking dessa estrutura de espaço-tempo pura.
Na verdade, a radiação térmica surge do vácuo não apenas em buracos negros, mas em todos os sistemas que possuem horizontes causais .
Por exemplo, uma sonda em aceleração tem um horizonte de Rindler a partir do qual detecta um banho térmico de radiação, fornecendo o efeito Unruh.
Da mesma forma, o horizonte de um universo em aceleração exponencial exibe uma temperatura de Sitter.
Durante a inflação cósmica acelerada, flutuações relacionadas do vácuo foram geradas e potencialmente semeadas nas estruturas atuais de galáxias e aglomerados de galáxias. Se isso aconteceu , devemos nossa existência às primeiras flutuações quânticas.